Giocare con una trottola ha un fascino intrinseco. Ognuno di noi, da bambino, avrà passato pomeriggi a vedere questo goffo oggetto ruotare, mantenersi in piedi su un solo punto, inclinarsi e poi crollare a terra in un istante. Eppure, al di là della spiegazione dinamica del meccanismo, è interessante notare che moltissime osservazioni di fenomeni fisici mostrano una curiosa ricorrenza e cioè che la natura da alla rotazione una grande importanza. Dalle dimensioni cosmiche, al mondo sub-atomico i vari corpi sono sempre ( o quasi sempre) in rotazione. In effetti la rotazione (in fisica: momento angolare) ha un valore fondamentale nelle leggi che governano tutti gli oggetti materiali dal microcosmo al macrocosmo.
La Terra ruota su se stessa, così come fanno tutti gli altri pianeti e le stelle. La ragione è che, oltre alla conservazione del momento angolare come richiesto dalle leggi fische, essa conferisce all'oggetto una enorme stabilità . Infatti l'opposizione a cambiare lo stato di moto di un corpo (in fisica: inerzia) a parità di massa, cresce con la sua velocità di rotazione. Ma anche la Luna, oltre che a girare su se stessa, gira intorno alla Terra. Il sistema Terra-Luna gira poi intorno al Sole (indovinate un po' ... anch'esso in rotazione su se stesso). A causa delle interazioni gravitazionali che la Terra ha con la Luna ed il Sole, l'asse terrestre descrive lentamente un cono attorno alla perpendicolare al piano di rotazione attorno al sole. Proprio come fa una trottola di un bambino sul pavimento. In quest'ultimo caso però l'asse della trottola descrive la superficie di un cono in pochi secondi, mentre, nel caso terrestre l'intera rotazione dell'asse impiega circa 25000 anni (detto: anno platonico) e prende il nome di "precessione degli equinozi". A causa di tale precessione i segni zodiacali e le costellazioni non hanno più una loro coincidenza. Se ancora credete negli oroscopi sappiate che forse il vostro segno non è più quello giusto e che l'astrologia e solo una grande truffa!
Ma questa e' un'altra storia.
Tornando alle nostre trottole, anche le galassie, ad esempio la nostra Via Lattea, sono in rotazione intorno al loro centro che spesso contiene un buco nero. Anche in questo caso, tra gli altri, intervengono motivi di stabilità . Come si spiega in altro articolo di questa rubrica, lo studio della rotazione delle galassie ha anche fatto scoprire ai fisici l'esistenza della così-detta materia oscura.
I nostri lettori che ci seguono su ScienzaPerTutti, sanno che il mondo microscopico non si comporta come quello macroscopico e che le sue leggi totalmente diverse da quelle che noi conosciamo nella vita di tutti i giorni. Eppure, anche qui si osserva che la rotazione ha una grandissima importanza. Tutte le particelle, elementari (come l'elettrone , il protone , il neutrone) ma anche quelle composte meno, hanno uno spin (dall'inglese: trottola). L'elettrone, non solo ruota intorno al nucleo atomico, ma anche su se stesso. Il protone ha uno spin ed anche i quark, i gluoni o i fotoni. Il concetto di spin, formulato dal fisico tedesco Wolfgang Pauli attorno agli anni venti del secolo scorso, è un concetto quantistico e difficile da interpretare nel mondo quotidiano. In ogni caso, le particelle microscopiche possono ruotare solo in modi ben definiti e quantizzati, cioè non continui come invece accade nel macroscopico (una trottola può girare a qualsiasi velocità si voglia). L'importanza di come una particella ruota divide e specializza il comportamento della particella stessa. Lo spin di una particella può assumere solo valori interi (0, 1, 2, ...) o semi-interi (1/2, 3/2, ...). Le particelle con spin semi-intero costituiscono i mattoni della materia, mentre quelle con spin intero sono responsabili delle forze fondamentali e quindi del funzionamento dell'Universo.
Il concetto di rotazione si trova poi in tante altre branche della scienza diverse dalla fisica. Basti pensare alla direzionalità del DNA. I mattoni del DNA (nucleotidi) si dispongono in rotazione in modo da formare una doppia elica dove i due filamenti singoli non si appaiano casualmente, ma si fronteggiano con direzionalità inversa. Una cioè si avvolge nello stesso senso del movimento delle lancette di un orologio, l'altra in direzione opposta.
"Eppur si muove!" sentenziò Galileo! Oggi se Galileo avesse la possibilità di riformulare la sua frase probabilmente direbbe: "Eppur gira!". Da oggi, forse, guarderemo con più curiosità un bambino che gioca con una trottola nella consapevolezza che tutto l'Universo intorno a noi è, in fondo, una enorme giostra di micro e macro trottole .